Patologia del Concreto "Causas de daños en el concreto"

Causas de daños en
el concreto

Introducción
“Ningun material es durable o no
durable por si mismo ; es su
interaccion con el medio ambiente
que lo rodea durante su vida de
servicio la que determina su
durabilidad”
Larry Masters

Durabilidad


Durabilidad : la capacidad de mantener la
utilidad de un producto, componente,
ensamble o construcción, durante un
período de tiempo.
La capacidad de servicio de una
estructura para realizar las funciones para
las que fue diseñada y construida y estar
al mismo tiempo expuesta a un entorno
específico.

La identificación de los daños o su
evaluación implica a menudo un análisis
forense por el método científico
Observar daños
Formular hipótesis
Prueba de hipótesis
Determinar las causas más probables

Evaluacion del deterioro del
concreto





Examen Visual
Ensayos no destructivos
Extraccion de nucleos
Ensayos de laboratorio

Síntomas de deterioro del
concreto





Agrietamiento
Escamado
desintegración
Erosión







Filtracion
Distorcion
Delaminacion
Pop outs
Eflorescencia

Sintomas del deterioro del
concreto


Agrietamiento
•

Una separación completa o
incompleta, ya sea de hormigón
o mampostería, en dos o más
partes.

Sintomas de deterioro del
concreto






Scaling:
Pérdida de escamas o laminillas de la
porción próxima a la superficie del
hormigón o mortero endurecido
Un fragmento usualmente en forma de
laminilla que se desprende de la masa de
concreto por expansion, arrastre por agua ,
explosion.

Sintomas de deterioro del concreto
Scaling: Un escamado leve no expone el agregado
grueso del hormigón; un escamado medio implica
pérdida de mortero superficial hasta una
profundidad de 5 a 10 mm y exposición del
agregado grueso; un escamado severo implica
pérdida de mortero superficial hasta una
profundidad de 5 a 10 mm con alguna pérdida de
partículas de agregado del área circundante hasta
una profundidad de 10 a 20 mm; un escamado
muy severo implica la pérdida de partículas de
agregado grueso y mortero generalmente hasta
una profundidad mayor que 20 mm.

Sintomas de deterioro del
concreto


disintegration



Reducción a fragmentos pequeños
y posteriormente a partículas, del
hormigón endurecido

Sintomas de deterioro del concreto




Spalling: spall - fragmento generalmente en forma de
astilla que se desprende de una masa mayor por la acción
de un golpe, los agentes climáticos o la presión, o bien por
expansión dentro de la masa mayor; una descantilladura
pequeña implica una depresión aproximadamente circular
de no más de 20 mm de diámetro y 150 mm en cualquier
dimensión; una descantilladura grande puede ser
aproximadamente circular, ovalada o alargada, tiene más
de 20 mm de profundidad y su mayor dimensión es
superior a 150 mm.

concreto


Erosion – erosión :



Desintegración progresiva de un sólido
por la acción abrasiva o cavitatoria de los
gases, fluidos o sólidos en movimiento.

concreto



daño por abrasión:
Abrasion damage - desgaste de una
superficie por frotación y fricción.

concreto



daño por cavitación:
Cavitation damage - picaduras en el
hormigón provocadas por implosión, es
decir, colapso de las burbujas de vapor
en un flujo de agua; estas burbujas se
forman en áreas de baja presión y
colapsan a medida que ingresan en áreas
de mayor presión.

concreto



Filtracion:
Seepage – Movimiento de agua
u otro fluido atreves de poros
o intersticios

Juntas de construcción estanca


Dispositivo de estancamiento –

waterstop -delgada lámina de
metal, goma, plástico u otro
material que se inserta a
través de una junta para
impedir la filtración de agua a
través de la misma.

Filtracion de agua
gotera

hormiguero
Junta de estanqueidad

Presion de agua

concreto


Distorsión
•

Cambio de alineamiento no
deseado en una estructura

concreto



- delaminación - delamination– separación a
lo largo de un plano paralelo a una
superficie, tal como la separación de un
revestimiento del sustrato o la separación
de las diferentes capas de un
recubrimiento; o, en el caso de una losa de
hormigón, un agrietamiento horizontal,
fisuración o separación de una losa en un
plano paralelo y generalmente próximo a la
superficie superior

concreto
(cont)

- delaminación – delamination–
Ocurre con mayor frecuencia en los tableros
de puentes y es provocada por la corrosión
del acero de las armaduras o por los ciclos
de congelamiento y deshielo; es similar al
descantillado, descascaramiento o
descamado, excepto que la deslaminación
afecta grandes superficies y a menudo sólo
se puede detectar golpeando ligeramente la
superficie.


concreto




Popout
El desprendimiento de pequeñas
porciones de una superficie de
hormigón debido a la presión
interna localizada, que deja un
cráter poco profundo,
generalmente cónico.

concreto


Eflorescencia



Depósito de sales que se forma sobre una
superficie, generalmente de color blanco;
la sustancia emerge en solución del
interior del hormigón o mortero y luego
precipita por evaporación.

Principales causas de deterioro










Retracción
Esfuerzos térmicos
Congelamiento y deshielo
Reactividad de los agregados
Erosión
Corrosión
Errores de diseño
Errores de construcción
Cargas accidentales excesivas



Retracción
•
•

Retracción plástica
Retracción hidráulica

Retracción Plástica


Perdida rápida de humedad por:
•
•
•



Temperatura
Humedad ambiental
Velocidad del viento

Cambios diferenciales de volumen
entre capas de concreto

humedad
Concreto seco

Tensiones de
contracción

Retraccion plastica


Prevención
•
•
•
•
•

Erigir pantallas corta viento
Enfriar el concreto
Humedecer el concreto luego de su
colocación
Iniciar el curado tan pronto como sea
posible
Re vibrar y re acabar la superficie

Retracción hidráulica y térmica

La contracción Hidráulica trae
como consecuencia grietas
debidas al cambio de volumen es
decir encogimiento por perdida de
humedad en combinación con
restricciones del suelo u otra
estructura

Factores que incrementan la
retracción Hidráulica


Cemento
•
•
•



Modulo de finura
Composición química
Contenido

Agregados
•
•
•
•
•

Compresibilidad
Capacidad de Absorción
Adherencia
Tamaño máximo
Contenido de finos

Factores que afectan el agrietamiento
debido a retracción hidráulica


Modulo de Elasticidad
•



A menor modulo de elasticidad,
menores tenciones de tracción por
unidad de deformación en tracción

Flujo plástico
•

Relajación del concreto bajo carga
o



A mayor flujo plástico corresponden
menores tensiones de tracción

Extensibilidad

Esquema de los movimientos debidos a la humedad en el
hormigón

Si el concreto se mantiene
permanentemente húmedo,
se produce una ligera
expansión. Sin embargo, el
secado que por lo general
se lleva a cabo, provoca la
contracción. Además el
humedecimiento y secado
causa ciclos alternados de
hinchamiento y contracción

Retracción química y retracción autógena
cambios de volumen en la pasta fresca

El ensayo para retracción química del cemento muestra un
frasco para pasta de cemento y una pipeta para medir el agua
absorbida

Relaciones volumétricas entre subsidencia, agua de sangrado, retracción
química, and retracción autógena. Solamente se muestra la retracción
autógena después del fraguado inicial

Métodos para reducir la retracción
•Menos

agua
•Mas agregado grueso
•Reducir las restricciones de movimiento en la
parte inferior y los extremos
•Refuerzo adecuado
•Cemento con compensadores de retracción
•Juntas espaciadas adecuadamente

Acerrar juntas para que no se produzcan
grietas por retracción hidráulica




Tensiones por temperatura
•
•

Internamente se generan tensiones
Externamente se generan tensiones

Acción de la Variación Térmica

Tensiones por temperatura
Superficie que se enfría

grieta
Contracción

Temperatura mas alta

suelo

Alabeo de un panel plano de concreto debido
a la variación de temperatura entre la parte
interna y la externa.

Exposición al fuego


Los Agregados se expanden



El agua se vaporiza



Se producen cambios químicos

Exposición al fuego


Gradiente de temperatura



Desportillado



Desintegración de la matriz



Daño del acero de refuerzo





Daño por Congelamiento y deshielo

Daño por Congelamiento y deshielo


Prevención
•
•
•
•
•

Minimizar la exposición a la humedad
Baja relación agua/cemento
Utilizar incorporador de aire
Agregados adecuados
Curado adecuado antes del
congelamiento



Reacciones químicas
•
•
•
•
•
•

Ataque de ácidos
Ataque de aguas agresivas
Reacción álcali carbonatos de los
agregados
Reacción álcali sílice de los agregados
Ataques químicos diferentes
Ataque de sulfatos

Exposición a agresión química

Ataque de ácidos


Prevención
•
•

Concretos densos con baja relación
agua/cemento
Recubrimientos de superficie(ACI 515)

Ataque de sulfatos





Sulfato + hidróxido de calcio= yeso
yeso + Aluminato de calcio = ettringita
Crecimiento de cristales de las sales de
sulfatos

Ataque de sulfatos


Prevención
•
•
•

Concreto denso con baja relación
agua/cemento
Cemento tipo ll o tipo V
Utilizar puzolanas

Agregados reactivos




Reacción álcali – sílice
Reacción álcali - carbonato

Reacción Álcali - Sílice



Reacción entre los álcalis del
cemento y ciertos agregados
silíceos

Reacción álcali - sílice


Prevención
•

•

Evaluar potencial de
reactividad(ASTM C 1260 and C
1293)
Utilizar aditivos apropiados(litio)

Reacción álcali - sílice


Mitigar
•
•
•
•
•

Puzolanas
Cemento bajo en álcalis
Escoria
Litio
Arcilla calcinada

Alkali-Carbonate Reaction



Reaction between alkali from
cement and certain carbonate
rocks



Erosion
•
•

Abrasion
Cavitation

Abrasión






La pasta de cemento tiene poca
resistencia a la abrasión; la dureza
de los agregados es importante.
Altas resistencias, baja relación A/C
implica mayor resistencia a la
abrasión.
El acabado con llana de acero
proporciona una superficie mas
densa y dura la cual tiene mayor
resistencia a la abrasión

Cavitation




Ocurre cuando un flujo de agua a
gran velocidad sufre un cambio
abrupto en dirección o velocidad
causando una zona de baja presión
se forman bolsillos de vapor que
luego colapsan cuando ellos salen
de la zona de baja presión.
El colapso impactos localizados de
alta energía en la superficie de
concreto.

Cavitation (Con’t.)




El impacto o implosión de vapor en
las cavidades de la superficie de
concreto causa presiones tan altas
como 1000psi.
Para evitar la cavitación es necesario
eliminar las irregularidades en el
flujo, tales como los cambios súbitos
en la sección transversal o reducir la
velocidad del flujo a menos de 4º
pies por segundo lo cual minimizará
el daño.




Corrosión

Tipos de Corrosión



Ataque químico
Corrientes parasitas

 Corrosión

electroquímica

Corrosión electroquímica


Similar a la reaccion que ocurre en una pila de
linterna



Las partes principales de una celda de
corrosión galvánica que causa corrosión
electroquímica son
•
•
•
•

Ánodo – El lugar donde ocurre la oxidación
Cátodo – donde ocurre la reducción electroquímica
Un conductor eléctrico- como seria la barrita de
grafito en una pila
Un medio acuoso

Formación de iones de hierro
nte

i

OHFe++

ri e

H

+

H+

H+

Fe++

e- e- e-

Concrete

OH-

cor

Electrolito

OH-

H+

e-

Anodo Acero

Formación de átomos de
hidrogeno en el cátodo
Electrolito

OHH+

H+

OH-

OH-

H+

H2

e

-

Concreto

OH-

H2

e

-

e-

H+

H+
H2

e-

Acero catodo

Despolarización de la superficie catódica
debida al oxigeno
OH-

Electrolito oxigenado

H

O2

H+

H+

O2
OHO2

+

H

+

O2

H2 H2

H2 H2

e

-

Concreto

H2

e

-

e-

OHH+

H+
O2

H2

eAcero catodo

Formacion de productos de la oxidacion
Fe + H2O(OH)2 +
Fe(OH)2 +

Electrolito

1/2 H2O

1/2 O2

+

1/4 O2

Fe(OH)2
Fe(OH)3

Fe(OH)3
Fe(OH)2

Anodo
Steel Anode
Concreto

Corrosión de anclajes en postensado

Valores de pH
pH

Significado

10 to 14

El acero es pasivado;
La corrosion provablemente no ocurra

4 to 10

Corrosion en el acero
independientemente del Ph, la
corrosion se da si exite Oxigeno
presente
Corrosion activa en el acero sin
importar la presencia de oxigeno

0 to 4

sal

Cloruros

Humedad y oxigeno

Los cloruros penetran en el concreto con ayuda de la humedad.

sal
t

Cuando los cloruros alcanzan el refuerzo la corrosion se inicia

Delaminacion y desportillamiento

Penetracion adicional de cloruros resultan en
mayor corrosion y delaminacion

Cloruros

sal

sal

sal

Grieta o junta de construccion

Los cloruros ingresan desde la superficie

Corrosion
del refuerzo
Desportillado

Desportillado profundo

Carbonatacion
Acero
concreto

Acero
concreto

Acero
concreto

Acero

concreto

En el concreto de buena calidad
(pH=12-13) el acero se encuentra
pasivado
Entra el dioxido de carbono,
el pH empieza a disminuir
aunque el acero no se afecta
aun
el pH alrededor del acero
alcanza el valor de 9.5,
Y se inicia la corrosion.
El deposito de herrumbre se
expande y se produce
agrietamiento delaminacion y
desportillamiento

Carbonatación Corrosión
El pH disminuye debido a la reaccion
CO2 + H2O + Ca(OH)2 --> CaCO3 + H2O

CO2

H2 O

Gases acidos

H 2O

CO2

Frente de carbonatacion
Delaminacion

CO2

CO2

La carbonatacion
ocurre al interior de
la grieta
Grieta

La Corrosion tiene lugar mas rapido que el desenso del pH

Ensayo de fenolftaleína para
medir la carbonatación del
concreto

Ensayo de fenolftaleína para medir la carbonatación del concreto

Corrosión


Medidas preventivas
•
•
•
•
•

Utilizar concreto de baja permeabilidad
Usar recubrimientos adecuados para
proteger el refuerzo
Establecer drenajes adecuados y suficientes
Limitar el contenido de cloruro s en las
mezclas
Poner especial atención a las protuberancias
metálicas




Errores de diseño

Pocos o pobres detalles de diseño











Cambios abruptos en la sección
Refuerzo insuficiente en las esquinas
reentrantes
Previsiones inadecuadas para
deflexiones
Provisión inadecuada de drenajes
Juntas de expansión con previsiones de
diseño inadecuadas
Incompatibilidad de materiales
Desconocer o no prever los efectos del

Localización incorrecta del
refuerzo en escaleras


Incorrecto

Localización correcta del
refuerzo en escaleras


Correcto

Localización incorrecta del
refuerzo en esquinas de muros

Incompatibilidad de Materiales


Coeficiente de expansión térmico



Modulo de elasticidad



Metales incompatibles

Conexiones rígidas en paneles del edificio

Soporte inadecuado de elementos
prefabricados

Refuerzo
insuficiente en
las esquinas
reentrantes




Errores de construccion

Instalaciones empotradas? Error de construcción

150

Errores de construcción











Añadir agua al concreto
Mal alineamiento de las formaletas
Mal vibrado
Curado deficiente
Mal colocado el refuerzo
Movimiento de la obra falsa
Remover el apuntalamiento en forma
temprana
Asentamiento del concreto
Asentamiento del soporte de los puntales por
el terreno
Movimiento del encofrado estando el
concreto aun fresco o vibración del terreno

Vibración del terreno con el
concreto fresco
Tiempo transcurrido en horas
posterior al vibrado del
concreto

Velocidad Pico de las
vibraciones del piso en
segundos.

Mas de 3

4.0

3 a 11

1.5

11 a 24

2.0

24 a 48

4.0

Asentamiento plástico del
concreto


La expulsión del agua
de sangrado hace que
el concreto se
segregue

Factores:
-A/C relación
-Vibrado
-Dimensión del refuerzo
-Recubrimiento

Se forman vacios bajo
las varillas

Mantenimiento pobre a las juntas




Cargas excesivas o accidentales

Introducción


La mayor dificultad al evaluar una
patología, esta en escoger una
estrategia de reparación, puesto que
siempre hay barias causas
simultaneas al producirse un daño,
por lo cual la investigación, hasta
conocer la causa fundamental que
propicio el daño, se hace muy
importante

Condiciones de Evaluacion






ACI 201.1 es una excelente referencia
para condiciones de evaluación
La evaluación puede ser desde una
evaluación visual hasta un proceso
complejo de mapeo de daños , ensayos no
destructivos(NDE),Ensayos de muestras
tomadas de la estructura, cálculos, y
ensayos de carga.
La mayor parte de las evaluaciones están
entre estos dos extremos

Recolección de Información existente








Especificaciones
Planos de construcción y planos récor
de ser posible y planos de ventas.
Bitácora y registros de Construcción
Fotos / videos
Ensayos y reportes
Historia de reparaciones anteriores
(fechas, materiales, etc.)

Establecer condiciones de servicio
•

Localización de áreas:
o
o
o
o
o
o

Tensiones altas
Vibración
Abrasión
Exposición a ácidos
Variaciones de Temperatura y humedad

Visita Inicial al Sitio







Observaciones Visuales
Fotografías y videos
Observar áreas de daños
Observar localización de grietas
significativas
Localizar áreas para futuras pruebas
no destructivas (NDE) y muestras para
ensayos de laboratorio

Evaluación y Medidas detalladas








Mapa de grietas (localizacion y
dimensiones)
Llevar a cabo ensayos no
destructivos NDE
Tomar nucleos
Tomar medidas (estructura,
localización de daños, otras áreas of
interés)
Tomar niveles
Tomar otras muestras para ensayar
en el laboratorio

Examen Visual


ACI 201.1 proporciona imajenes de
defectos en el concreto

Evaluación no Destructiva




Existe muchas tecnicas para evaluar
el concreto
La Tabla 6.3 del ACI 364.1 Guia para
Evaluacion de estructuras de
concreto antes de su reparacion
proporciona un buen resumen

Localización de delaminaciones
en el concreto

Sonido apagado (coco)

medida de potenciales por método de semicélula
ASTM C876

medida de potenciales por método de
semicélula

Significado de la medida de potenciales
por método de semicélula






>-200 mv indica 90% probabilidad de
no corrosión
Entre –200 y -350 mv, no se pueden
sacar conclusiones
<-350 mv indica 90% probabilidad de
corrosión

Velocidad de pulso
ULTRASONIDO

Pacómetro
Localizador electrónico de barras metálicas
en Hormigón armado. Determina la
profundidad y el tamaño (diámetro) de
armazones de acero localizadas dentro de
estructuras de Hormigón

Medida de cloruros – Profundidad
y porcentaje %

Muestra de polvo

Extracción de núcleos

Significado de los niveles de Ion cloruro


Alta probabilidad de corrosión
cuando son excedidos estos
niveles(a nivel del refuerzo)
o
o

300 partes por millón o
1.2 lbs./Y3.

Análisis de la Información



Matriz de análisis
Lectura de grietas

Lectura de grietas









Orientación
Localización
Longitud
Ancho
Profundidad
Forma
Frecuencia
Edad

Tracción axial y cortante

τ

(σx, τ )

σx

2θ
θ

σ1

σ1
Circulo de Mohr

Matriz de evaluación
Posibles Causas

Re

Observación/Ensayo
Evaporation rate

c
ra
t

n
ió
c

á
pl

ic
st

se
A

a

nt

am

X

Floor levels
Crack orientation
Structural analysis

X

X
X

i

nt
e

o

ar
C

as
g

e
at
l

r

e
al

s

Example: wall supporting slab
Losa
Extremo
del muro
Muro



Se vacian Zapata y
muro



Varias semanas
después se funde
la losa amarrada a
los muros



Algunas semanas
después aparecen
las grietas

Zapata

Causa probable: Retracción en
la losa

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